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補充教材(1)~電阻與歐姆定律

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magiccar 發表於 2008-9-26 12:59 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
一、何謂電阻?3 g, F% E/ w! r1 D% K: O
  「電阻」顧名思義,就是阻礙電流流動的因素。當電阻越大,表示阻礙越大,就會讓電流越難流動。所以在相同電壓的條件下,電阻越大,電流就會越小。 而影響電阻大小的因素有四:# |8 A  s& O4 I" l

& M! S) w1 a2 |% s- B+ l1 v/ b- }材 質:( z4 Z1 v- s& t+ W+ z* l
  不同的材料,對電產生的阻力也不同,在常見的金屬導體中銀和銅算是電阻最小的,而鉻、鎳的電阻則大的多。在常溫的狀態下,所有會導電的材料都有大小不同的電阻喔!
6 a6 N( _* S: W$ q  L- H" x; S- G4 Y
長 度:
+ c9 A: Z  \" d1 c# F- E9 {  當導電的電子,穿過的材料長度增加時,能量的損耗也會增加。就像跑步愈久愈沒體力,慢了下來一樣,阻檔電流的通過也,讓電流變小。所以長度愈長,電的阻力愈大。
; |$ i; G  [+ _# ^# p$ Q
1 D- c! b6 Q6 h6 W8 i截面積:
2 h3 L3 w  K. \' i; j! G  當截面積(橫切面積)越大,能夠傳遞電流的電子就愈多,同心協力之下,當然能讓更多的電流流過,電阻就比較小。 ! f+ E6 I( W# N6 l* Z1 s
: q6 B2 Q0 e4 a! o& ]7 |) Z
溫 度:
2 J7 v9 `! f6 [  一般的導電材料,當溫度越高時,材料中的電子受到熱能的激勵,會開始不聽使喚,到處亂撞,無法再專心於傳遞電能的工作,而碰撞的結果更讓電流的前進更加不容易,所以當導體的溫度愈高,電阻便會愈大。 $ V! Y8 }/ ]3 l, H( x

8 @5 @0 Y0 G$ `2 D2 D  N8 {二、歐姆定律
9 G5 l' i: t1 F    歐姆定律為歐姆(Georg Simon Ohm l787~1854德國物理學家)於1826年作的實驗,發現了電流(I)和電壓(V)之間成正比。也就是當電壓變成N倍的時候,電流也會變成N倍。但是不同的電阻會讓這個比例常數(除式)有所改變。這個比例常數,就是電阻。此即歐姆定律
# u* Z% S& h- S! B       (R=V/I) 或 (V=Ix R)( B5 b2 {. g' I1 n
從這個式子我們可以看出,電壓和電流成正比的關係。同時電流電阻成反比。
+ a2 T$ H8 s' f- `! C/ ~9 n' `* U5 [0 v% f
三、電阻的單位
" m1 L' w& i2 c& T  電阻的單位稱為歐姆(Ohm)通常記為:Ω。由歐姆定律可界定歐姆之定義如下:若在電阻上施予1伏特的電壓,可得到1安培的電流,就稱這個電阻的大小為1Ω。
: G( O9 W5 ~" [$ N1 G0 X
- b9 M4 a) O# e
8 `) u% Y& D( H  Q$ P  e+ [
謝忠成 發表於 2008-9-28 16:07 | 顯示全部樓層

問題

所以說若在電阻上給二伏特的電壓,就可得到二安培的電流喔?6 m7 Q  v/ a( f

7 P3 k) ~( E  B3 s
7 ?4 {$ H3 ?. {" Z5 @4 b
4 Z4 }4 d$ F  ^: d; r" b/ b- A9/28               謝忠成5 Q( U- v  Z2 i3 g$ C2 Z& \6 A+ J" c8 J8 p  {0 t
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-28 17:08 | 顯示全部樓層
觀念很好!
% o: A* y7 w# ]! x4 a / b+ l9 w1 J: x$ }# _
給予2V(伏特)的電壓,則可流過2A(安培)的電流,依照歐姆定律+ J  j0 h5 P# \+ g5 {: |0 V3 S# |
* z: x7 X+ I% u8 d
 V=I*R → 2=2*__ → R=1(Ω)
4 @3 J  d3 B& ?. P( \* C! {( j
( l1 O0 \, A( j; v9 u
所以當
電壓為2V(伏特),但只能流過1A(安培)的電流時,則電阻大小就是2Ω(歐姆)了3 y, H1 T0 @* f7 G" b
, w3 F6 F3 |" y' L+ U: }
 V=I*R → 2=1*__ → R=2(
Ω)! m! r3 H8 {4 ?

& Z. Z3 G, @5 Q這有點難,要慢慢看喔!
  M& E8 |8 B; b- N7 C6 n) s/ S/ g
; |- u" H- Q) \' c; t# b9 i# ^
黃佑平 發表於 2008-9-28 18:22 | 顯示全部樓層

老師~老師~

為甚麼在材質上的差別中,電阻會有所不同ㄋ?! i4 n* k8 W$ d* p8 U0 e+ z. T
材質影響電阻的因素是什麼呢?7 b* p# D  w6 D/ c

# n( @" S/ ^3 M  a' S3 b佑平
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-28 22:37 | 顯示全部樓層

材質影響電阻的因素是什麼呢?

這個問題問得很好:6 x- q; S+ y& Y1 N5 F" n5 i

& y. ]% h$ E, `- n材質跟電阻間的關係,就存在於材質本身的導電率(導電能力)。0 S0 W! {. o. y- b* \7 [
我們知道物質是由原子構成的,而原子的基本結構就是原子核與電子。  u4 R2 \$ f# p, x9 e* Y

# ], [# K$ c' R% c# m: P當材質中自由電子(可脫離原子核束縛而到處移動電子)數目越多,就越容易導電;電阻就越小。
1 d. Y/ t, _2 F4 p. }8 Q3 D" E
# {8 R) E" g. |/ V6 y  J  a4 u. w如果是絕緣體,則電子都被原子核束縛住,所以沒有電流流通的媒介,所以電流就無法通過了。
黃佑平 發表於 2008-9-29 16:30 | 顯示全部樓層

老師~老師~

老師上面說:電流沒有流通的媒介,所電阻就相當相當的大。
: w) p* Y! b* F9 H也就是說,若是絕緣體的話,電流沒有流通的媒介,就一定都沒有任何電流經過嗎?還是說,還是會有一點點的電流,只是電阻較大而已?
# |% Y; ?/ j4 K* |( O& w9 w: J& }0 q+ I/ N( J+ ]- T
佑平
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-29 16:51 | 顯示全部樓層
哈...,問得好!
4 Z5 @& {& K( T+ M( s- d0 ~: b9 z% {' _  b$ T! {0 [+ T1 `% F$ r& n
為什麼叫做絕緣體,就是沒有辦法讓電流通過,所以我說電阻相當相當大,+ U9 M; i. S& f8 z4 H/ f
只是個形容。不過,即使是絕緣體,也沒有辦法阻止太高的電位差(兩點電
: [' G6 M( ^" U. y5 q" _9 h" Q- Q壓的差距)。
  g8 e2 G+ @: R1 t* N, w
: \& P- o! o" g7 t4 q舉例來說:空氣是很好的絕緣體,但如果地面和雲層之間的正負電位差太多,就會產生「閃電」,突破空氣絕緣的限制。
黃佑平 發表於 2008-9-30 07:15 | 顯示全部樓層

老師老師

老師上面說:為什麼叫做絕緣體,就是沒有辦法讓電流通過.5 E, t! U  h! L- o7 O2 [1 i$ b. @
老師上面又說:即使是絕緣體,也沒有辦法阻止太高的電位差2 @$ Q: w) {9 v( O& M/ ?$ n( F: |  r" H
到底是神麼?
 樓主| magiccar 發表於 2008-9-30 09:11 | 顯示全部樓層
”即使是絕緣體,也沒有辦法阻止太高的電位差”,意思就是說:絕緣(防止電流通過)的能力也是有極限的。
, @! X/ y) f' L( Y6 f! {( \+ C$ p$ j" |! s2 O  Q7 M& |
舉例來說:
- O( \- A) V3 P  T1顆電池的電量沒辦法穿透一張紙,但10000顆電池串聯起來的能量,一張紙就檔不下來了!
' ~9 D+ ?3 l4 r) U' Y, [# u" K* J  d3 i3 b* B3 c1 r/ b5 L
這樣解釋也許比較容易懂。
黃佑平 發表於 2008-9-30 17:01 | 顯示全部樓層

老師~老師~

也就是說,絕緣體也不能抵擋太陽的電流嚕!; I, z  |- Q( t' k2 p& g- p% T
我終於懂了,謝謝老師的回答。' {3 x8 m$ u9 F$ u" i4 l/ c
6 t6 L3 N) h/ Q; J4 |4 A
佑平
蘇庭葦 發表於 2008-10-3 22:19 | 顯示全部樓層

發光二極體的亮度會影響車子的行動嗎?

老師~~~, U( D/ t: S' c2 k# J
發光二極體的亮度會影響車子的行動嗎?
- {- L2 g/ ~. S如果車子行走當中,發光二極體掉了車子  j8 j8 V' q# O
還能走嗎?
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-4 00:44 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-3 22:19 發表
! b! ^# [$ f' b發光二極體的亮度會影響車子的行動嗎?7 x) b3 `, X  Y6 i( a# ]7 p; @2 J
如果車子行走當中,發光二極體掉了車子
5 ?# z/ B7 Q, e! C9 c, g0 H還能走嗎?

9 b4 S/ y0 m; f$ H' Q- O我們的實驗中,LED是用來當指示燈,只負責顯示電路狀態,所以不會影響車子的行動
蘇庭葦 發表於 2008-10-4 23:39 | 顯示全部樓層
如果伏特有1000那100毆姆的電阻會不會有事。
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-5 01:14 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-4 23:39 發表 9 Q$ o$ J2 Q: t
如果伏特有1000那100毆姆的電阻會不會有事。

6 a  `3 l! j' d; y% t& O6 N
$ d1 V5 m! }4 w; h1 Q跟據歐姆定律:
( p4 P' i. o* D6 W/ s4 L( M1 y& R( W" U
  電壓 除以 電阻 = 電流 (V/R=I)+ g8 B: g3 V2 t1 C% Z! k- R4 s
  =>  1000(V)/100(Ω )=10(A)$ q# U: N+ d" M4 v  a5 R
  A:安培,是電流大小的單位名稱,就像M(公尺)是長度大小的名稱。
  B& p9 Y$ z8 H* a7 g. r- E5 k- z/ C
所以電阻接上1000V電壓,會有10A的電流流過,則該電阻將承受一個很大的能量(功率)0 {) {" z1 l7 |! `  T

9 _- K3 o0 ^  v" N; G  電壓 乘以 電流 = 功率 (V*I=W)+ d' u' E% H0 K- b$ n- ^
  =>  1000(V)*10(A)=10000(W)  . F7 d, l5 t1 D8 k
  W:瓦特,是能量大小的單位名稱
/ g0 W& g: T3 b" P- Q. Z  ~4 k" P
/ \/ Q1 _/ {( U, H+ I& ?但我們教材用的電阻,能承受的功率只有1/4=0.25(W)6 i0 Q% @# a1 D) e9 B# Y: T" n# y
4 o. i8 r2 `/ o9 D( F' w9 Q  P
  10000W 遠大於 0.25W
4 y9 E- A+ J) \9 Y接上去會就一定會馬上燒燬的!
蘇庭葦 發表於 2008-10-4 23:13 | 顯示全部樓層
老師~~~2 W& V, @8 u" V6 V/ D" Y
! Q; ?2 h9 e2 \- r, F1 i  `0 W. n
把電阻串連在一起,LED會亮的越來越小;
2 ^+ A5 H( h" S2 |把電阻並連在一起,LED會亮的越來越小.  b" p% M& @/ J) s- b2 j
對嗎?
蘇庭葦 發表於 2008-10-4 23:20 | 顯示全部樓層
老師/ c% s) ?; I! m
最大的伏特是多少。
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-5 01:21 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-4 23:13 發表
3 L3 n# B$ v* _8 N( a; O老師~~~
( @5 i+ E" i+ q6 o! a# \; s$ _$ R& `5 s& n" h7 z
把電阻串連在一起,LED會亮的越來越小;
! f# B0 D6 R% n) e) r7 J把電阻並連在一起,LED會亮的越來越小.
2 ?& F# @  Z9 v% p9 {6 R$ A對嗎?
8 x8 t9 R, l& g& @8 Q
可以描述一下你說的並聯是如何接呢?
蘇庭葦 發表於 2008-10-5 09:24 | 顯示全部樓層
老師
( C: ^  f( [- d6 XLED是半導體嗎?
蘇庭葦 發表於 2008-10-5 08:53 | 顯示全部樓層
並連是電阻的兩端接在一起,) y! D# U, J6 Z1 L% S5 Q
所以串聯就是電阻的一端接在一起。$ l. Y) r5 C; z- ^1 A$ A- f5 s  w1 X
對嗎?老師
 樓主| magiccar 發表於 2008-10-5 10:34 | 顯示全部樓層
原帖由 蘇庭葦 於 2008-10-5 08:53 發表
4 A. h& y) _& m% x並連是電阻的兩端接在一起,6 ~2 X8 E; i- n% G. D+ j
所以串聯就是電阻的一端接在一起。3 K3 t/ d1 K, C- K% J
對嗎?老師
( Z- L: a, V: u/ f/ b* X
+ e0 M0 s2 S0 R( }* n& n
R_LED串並聯.jpg / u& @" j+ s1 Y/ Q3 T
$ b6 R7 r9 S# e* P& l% h
左邊為串聯電路,電阻有降低LED電流的作用,所以LED亮度會受電阻控制。
: @1 r" W0 n' o) {$ B! ?右邊為並聯電路,電阻沒有降低LED電流的作用,所以LED亮度不會受電阻控制。而且還因為直接接到電池,所以還會燒壞LED。: J& M5 z+ m3 p3 T! p
, g+ d, j7 T8 H* d1 a
回答樓上的問題:LED也是用半導體材料製成的。
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